基于软件模拟的校园公寓绿色化改造设计研究——以全国绿建设计竞赛获奖方案为例

孙豪 吴丹 雷婧资

西南科技大学/木工程与建筑学院 四川 绵阳 621010

引言

近年来，随着国内高等教育快速发展，高校的招生规模不断扩大，配套公寓设施的需求也在快速增长。而许多高校早期规划未充分考虑到长期发展的需要，导致校园内配套设施与日益增长的需求产生激烈矛盾。目前，大多高校选择新建校区的方式来解决，但会面临建设周期长、投入资金大等诸多问题。相较而言，对校园内已有的老旧、废弃宿舍进行改造成为一个短期内解决问题的可行办法。宿舍是集公共与私密为一体的空间，具有其特殊性[1]，也是校园建筑的重要组成部分。当前的老旧宿舍在结构安全、消防安全、节能措施、室内舒适度等方面不能够满足大学生对居住品质的要求，也不符合建筑绿色环保的发展趋势[2]。若粗暴地对其进行拆除重建，既是对校园历史文化的破坏，也会造成经济上不必要的浪费。对其进行符合当下居住要求和建筑绿色化节能改造是更为合理、有效的处理方式。

1 建筑绿色可持续发展理念

我国高速城镇化和工业化的大规模基础建设，促进了经济的快速增长，同时也面临着严峻的资源和环境挑战，而发展绿色可持续建筑正是解决这些资源和环境问题的重要战略[3]。自进入21世纪以来，我国大力推动绿色建筑的发展，陆续编制和发布了绿色建筑相关的标准体系[4]。自2005年，我国颁布了第一部有关于绿色建筑的相关规范—《绿色建筑技术导则》[5]。经过我国学者十多年的研究探索，在绿色建筑各个领域做出大量理论研究和实践作品，取得了较大进展。

绿色可持续发展的校园设计理念也在不断发展，其中不仅包含对校园新建建筑的合理设计，也要将校园老旧建筑进行绿色化的节能改造。绿色建筑由最初的从设计方面出发到现在从设计到交付使用全程把控，并基于数据可视化的软件模拟实现精准量化与控制，真正实现建筑绿色化、人性化和可持续发展的目标。

2 现状研究

本次项目改造对象为地处亚热带湿润季风气候区的绵阳市高校公寓，该公寓总用地面积为1927m2，总建筑面积为3327m2，建筑密度32%，共五层。在采光保温隔声等方面，现有条件均不能满足居住要求。现因该建筑户型单一、功能缺失、老旧恶劣居住环境、无独立卫浴、几乎零绿化、无公共活动、采光通风差等问题，已荒置。在了解既有建筑的区位性、气候特征并进行实地考察后，我们发现其存在以下问题。

2.1 交通问题

三条内廊空间过长导致内部核心交通空间采光通风不足，对居住者的生理及心理上造成不适感。由于活动空间缺失，走廊中堆积大量杂物，易造成消防隐患。且楼梯间数量设置不足。

2.2 总平场地设计不合理

基地中大片土地被荒置，未做具体规划。且公共活动场地无直接出入口，交通不便。

2.3 居住功能问题

公寓内部空间狭小，户型单一，功能缺失。户型未设置厨房，因此住户自行改造阳台，易造成安全隐患。基础设施无法满足居民的使用要求，公寓内仅设置公共卫生间浴室，对居民生活造成不便。低楼层户型无封闭阳台，隐私性差。

2.4 建筑人居环境问题

基于绿建斯维尔仿真模拟分析，建筑室内外采光、通风、隔声等条件均不满足要求。

3 改造措施

旧教师公寓建于1965年，没有考虑较多节能措施，随着时代发展，已经越来越不符合绿建设计标准以及居民的舒适度要求，现基以《既有建筑绿色改造评价标准》GB/T 51141-2015[6]中的要求为标准，从热工、声、光、风四个方面进行绿建改造技术。

3.1 热工

3.1.1 外墙：为了维持建筑室内的热稳定性，提供舒适居住环境，改善墙体外围护结构的热工性能至关重要。本项目中，在建筑物外围护结构的基础构件上附加保温层，使建筑不容易在温度应力作用下产生变形，不占据室内空间，同时应注意热桥部位处理，此处保温层采用25厚EPS保温。

3.1.2 屋顶：设置坡屋顶，通过提高屋顶隔热减少外界热辐射影响，原屋面采用挤塑形聚苯板进行倒铺式屋面构造，使防水层受保温层保护，保持耐久性，在现坡屋面结构层和防水层之间设外保温结构，由于坡屋顶坡度较大，需要对保温层采取固定措施。坡屋顶与原屋面形成屋顶公共空间。

3.1.3 门窗：提高建筑外门窗材料的热阻，用中空玻璃代替单层玻璃，在门窗框料中加入热阻大的材料作为断热装置，增强门窗密封性能，减少空气流通。

3.2 建筑声环境

通过前期调研，了解到居民反映该建筑隔音条件差的问题，通过对隔墙、门扇、楼板进行改造解决：①隔墙：在隔墙双侧板材中留空气间层，填入岩棉做吸声材料；②门扇：在门开启缝两侧加入橡胶条，减少门扇开关噪声；③楼板：在楼板面层铺设橡胶垫，用矿棉吸声板做吊顶。

3.2 建筑光环境

在廊道交汇处设天井，在原建筑内部光照条件最差区域引入自然光，同时改善原有户型平面，缩短内廊长度，扩大廊道窗户面积，增加采光量。在西侧立面采用可自动调节遮阳板，通过调节遮阳板角度与伸出长度避免太阳光直射。

3.4 建筑风环境

①通高空间开大窗，开向夏季迎风面，作为捕风口引入气流；②采取底层架空及设置捕风口的形式消除旋涡区，将自然风引向室内和后庭院无风区，造成良好场地风环境；③一层架空大空间与二层以上中庭小空间结合形成烟囱效应，利用风压与热压效应共同引入自然风，改善室内风环境；④门、窗位置贯通，减少气流流通的阻力；⑤窗外设置导风板改善室内通风（图1）。

图1 风环境改造示意图

3.5 空间设计层面改造

①针对场地荒废用地问题，重新合理规划场地环境；②建筑一层架空，连通建筑后侧废弃庭院，既扩大了原有活动场地，也将自然风引向后庭院，改善了原有室外风环境；③在廊道交汇处设中庭与旋转楼梯，缓解原有一个楼梯的疏散压力，同时丰富住户空间体验，增进住户交流；④建筑北向尽头设错层通高空间，作为不同属性交流学习空间。

3.6 经改造后软件仿真模拟

建筑经改造后利用绿建斯维尔软件进行仿真模拟分析生成可视化图谱[7]。由图谱可知，经改造后室外无风区和旋涡区消除，并且室内风环境也得到大为改善（图2）；建筑内部引入了更多的自然光，室内光环境显著提高，并且建筑视野率达到标准要求；建筑场地内的平均热岛强度下降至0.39℃，住区热环境改造十分有效；最终，经建筑节能仿真模拟分析，各项均满足绿色建筑节能设计规范。

图2 夏季（上）、冬季（下）室内压强云图

4 结束语

学生，作为社会中一个特殊的群体，他们拥有自己心理和生理上的活动规律[8]。而校园老旧公寓作为其居住空间，不仅仅需满足学生的基本生活需求，更要立足于人性化设计的角度提高居住品质。实现设计重心从增量向品质的转变，真正满足于当下时代的需求。并且，在环境挑战日益严峻的今天，可持续发展的建筑设计理念已深入人心。我们既要注重高校历史文化在建筑上的延续和实现现有资源的最优化配置，也要减少建筑能耗。而现有建筑的绿色改造，是实现建筑可持续发展的一项重要途径[9]。